AT528205A4 - Verfahren und System zum Unterstopfen von Gleisschwellen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstopfen von Schwellen (8) eines in einem Gleisschotterbett (10) gelagerten Gleisrosts mittels eines Stopfaggregats (3) mit gegenüberliegenden Stopfpickeln (17), die bei einem Stopfvorgang mit Vibration beaufschlagt mittels eines Höhenstellantriebs (14) in ein jeweiliges Schwellenfach (26) abgesenkt und mittels Beistellantriebe (16) aufeinander zubewegt werden, wobei eine Sensoranordnung (20-23) zur Erfassung einer Beschaffenheit des Gleisschotterbetts (10) angeordnet ist. Dabei wird für jeden Stopfvorgang mittels der Sensoranordnung (20-23) eine zu einer Schottermenge im jeweiligen Schwellenfach (26) proportionale Kenngröße (Fmax, β, vt) ermittelt, wobei daraus in einer Auswerteeinrichtung (24) Protokolldaten (D) der Schottermenge pro Schwellenfach (26) abgeleitet werden. Mit dieser Schottermengenbestimmung werden für jeden Stopfvorgang die vorherrschenden Gegebenheiten dokumentiert.

Description

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Verfahren und System zum Unterstopfen von Gleisschwellen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstopfen von Schwellen eines in einem Gleisschotterbett gelagerten Gleisrosts mittels eines Stopfaggregats mit gegenüberliegenden Stopfpickeln, die bei einem Stopfvorgang mit Vibration beaufschlagt mittels eines Höhenstellantriebs in ein Jeweiliges Schwellenfach abgesenkt und mittels Beistellantriebe aufeinander zubewegt werden, wobei eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Beschaffenheit des Gleisschotterbetts angeordnet ist. Zudem betrifft die

Erfindung ein System zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der AT 520698 Al ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem ein Sensor zur Erfassung einer Belastung des Stopfaggregats zusätzlich zur Bestimmung der Beschaffenheit eines Gleisschotterbetts genutzt wird. Konkret wird während eines Eindringvorgangs eines Stopfwerkzeuges in ein Gleisschotterbett eine Eindringkraft ermittelt. Ein daraus abgeleiteter Belastungs-Zeit-Verlauf bildet die Bewertungsgrundlage für die qualitative

Schotterbeschaffenheit.

Auch in der AT 521850 Al wird ein Eintauchvorgang eines Stopfwerkzeugs genutzt, um Rückschlüsse auf die qualitative Beschaffenheit eines Gleisschotterbetts zu erhalten. Dabei erfolgt eine geregelte Absenkbewegung der Stopfwerkzeuge, wobei zumindest eine im Regelkreis verarbeitete Größe einer Auswerteeinrichtung zur Ableitung einer Kenngröße für das

Schotterbett zugeführt wird.

Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der qualitativen

Beschaffenheit eines Gleisschotterbetts offenbart die AT

520056 Al. Dabei wird eine aufgrund einer horizontalen

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Vibrationsbewegung von Stopfwerkzeugen auf den Gleisschotter übertragene Kraft erfasst, um daraus Rückschlüssen auf die

qualitative Beschaffenheit des Gleisschotterbetts zu ziehen.

Die AT 524861 A4 offenbart ein Verfahren zur Überwachung eines Stopfvorgangs. Dabei wird mittels einer Auswerteeinrichtung eine Beistellgeschwindigkeit eines Stopfwerkzeugs beim Erreichen einer vorgegebenen Beistellzeit oder eines vorgegebenen Beistellwegs mit einem Grenzwert verglichen. Auf diese Weise wird ermittelt, ob ein unter einer Schwelle befindlicher Hohlraum durch den

Beistellvorgang ausreichend mit Schotter verfüllt wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren eingangs genannter Art dahingehend zu verbessern, dass die Prozesssicherheit und die Nachvollziehbarkeit von Stopfvorgängen erhöht werden. Weiter ist es eine Aufgabe der

Erfindung, ein entsprechendes System anzugeben.

Gelöst werden diese Aufgaben durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 14, Abhängige Ansprüche geben

vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

Erfindungsgemäß wird für jeden Stopfvorgang mittels der Sensoranordnung eine zu einer Schottermenge im jeweiligen Schwellenfach proportionale Kenngröße ermittelt, wobei daraus in einer Auswerteeinrichtung Protokolldaten der Schottermenge pro Schwellenfach abgeleitet werden. Auf diese Weise wird eine bereits vorhandene, adaptierte oder neu aufgebaute Sensoreinrichtung für die quantitative Bestimmung des Schotters im Jeweiligen Schwellenfach genutzt. Mit dieser Schottermengenbestimmung werden für Jeden Stopfvorgang die vorherrschenden Gegebenheiten dokumentiert.

Eine optimale Unterstopfung einer Schwelle ist nämlich

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gefährdet, wenn in einem an die zu unterstopfende Schwelle

angrenzenden Schwellenfach zu wenig Schotter vorhanden ist.

Im Gegensatz zum Stand der Technik zielt das erfindungsgemäße Verfahren nicht darauf ab, den qualitativen Zustand des Schotters zu erfassen. Die stattdessen erfasste Schottermenge ergibt sich im Wesentlichen durch die Höhe der Schotterbettoberfläche im jeweiligen Schwellenfach. Gewöhnlich wird ein Gleis vor einem Einsatz einer Stopfmaschine vorbereitet, indem Schotter auf das Gleis aufgebracht und mittels eines Schotterpflugs verteilt wird. Der zusätzliche Schotter ist notwendig zum Verfüllen von Hohlräumen, die bei einem Hebevorgang des Gleisrosts unter den Schwellen entstehen. Das geschieht mittels des Stopfaggregats, wobei Stopfpickel zyklisch in die Schwellenfächer eintauchen und Schotter unter die

angehobenen Schwellen schieben.

Stopfarbeiten erfolgen durch einen Bauunternehmer in Abstimmung mit einem Infrastrukturbetreiber des entsprechenden Gleises. Dabei ist entweder der Infrastrukturbetreiber oder der Bauunternehmer für die ausreichende Bereitstellung von Schotter verantwortlich. Es kann vorkommen, dass entlang des Gleises zu wenig Schotter aufgebracht oder der Schotterpflug fehlerhaft bedient wird. Daraus resultierender Schottermangel in einzelnen Schotterfächer kann die Qualität des Stopfresultats beeinträchtigen. Beispielsweise erfolgt keine ausreichende Verfüllung eines Hohlraums unter einer unterstopften Schwelle oder der Schotter unter der Schwelle erreicht nicht die optimale Verdichtung. Solche mangelhaften Arbeitsergebnisse sind in der Regel während des Stopfvorgangs durch eine entsprechende Sensorik oder durch

eine Nachmessung feststellbar.

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Allerdings bestand bisher die Schwierigkeit, konkrete Ursachen für eine fehlerhafte Unterstopfung einzelner Schwellen anzugeben. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf einfache Weise eine der möglichen Ursachen registriert, nämlich mangelnder Schotter in einzelnen Schwellenfächern. Das erleichtert die Nachbearbeitung unzureichend gestopfter Gleisstellen erheblich, weil eine fehlerhafte Funktion oder eine Fehlbedienung des Stopfaggregats oder der Stopfmaschine als Ursache wegfällt. Somit kann unmittelbar nach einer neuerlichen Schotterverteilung ein Stopfprozess mit derselben Maschine erfolgen. Zur Schottereinbringung in die jeweiligen Schwellenfächer kommt entweder ein Schotterpflug mit einem Schottersilo zum Einsatz oder die Stopfmaschine selbst ist mit einem Schottersilo und Schotterverteileinrichtungen

ausgestattet.

Zur Ableitung der Protokolldaten wird mittels der Auswerteeinrichtung entweder direkt die Kenngröße oder ein Parameter eines Verlaufs der Kenngröße ausgewertet. In einer einfachen Ausprägung kann sich die Ermittlung der Kenngröße auf die bloße Messung einer Steigung oder Krümmung des Kenngrößenverlaufs beschränken. Die zu einer Schottermenge proportionale Kenngröße liegt auch dann vor, wenn zum Beispiel die erste oder zweite Ableitung des Kenngrößenverlaufs proportional zur Schottermenge im

Jeweiligen Schwellenfach ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die Protokolldaten gemeinsam mit Streckendaten des Gleises in einer Datenbank abgespeichert. Somit kann auch später eine Nachbearbeitung fehlerhaft gestopfter Gleisstellen

erfolgen. Als Streckendaten kommen beispielsweise

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Kilometrierungen oder eindeutige Schwellenkennungen, insbesondere Schwellennummern, zur Anwendung, womit im Nachgang eine eindeutige Zuordnung der Protokolldaten zu einzelnen Schwellenfächern oder angrenzenden Schwellen

gegeben ist.

Bevorzugt wird während des Absenkens der Stopfpickel mittels der Sensoranordnung eine zu einer auf die Stopfpickel wirkenden Kraft proportionale Messgröße erfasst, wobei daraus in der Auswerteeinrichtung die Protokolldaten ermittelt werden. Genutzt wird hier die beim Auftreffen des jeweiligen Stopfpickels auf die Schotterbettoberfläche sprunghaft ansteigende Reaktionskraft, wobei insbesondere auch die Höhenstellung des Stopfpickels gemessen wird. Dabei ist es ausreichend, wenn ein Verlauf der Messgröße die zeitlichen Änderungen der auf die Stopfpickel wirkenden Kraft wiedergibt. Ausschlaggebend ist somit eine relative

Veränderung der Kraft. Absolutwerte sind nicht erforderlich.

Mit der optionalen Messung der variablen Höhenstellung der Stopfpickel während des Absenkens ergibt sich für Jedes Schwellenfach eine vorhandene Schotterbetthöhe bezüglich einer vorgegebenen Bezugsebene, die beispielsweise durch die Oberkanten der Schienen festgelegt ist. Idealerweise sind bereits am Stopfaggregat oder an der Stopfmaschine angeordnete Sensoren nutzbar, um die Kraft- und insbesondere die Höhenwerte zu erfassen. Diese Messdaten sind der Auswerteeinrichtung zuzuführen und dienen zur Ableitung der Protokolldaten mittels einer in der Auswerteeinrichtung

eingerichteten Auswertelogik. Bei einer Verbesserung wird mit der Erfassung der Messgröße

ein bis zu einer vorgegebenen Messtiefe auftretender

maximaler Kraftwert ermittelt. Messungen haben gezeigt, dass

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ein solcher maximaler Kraftwert eine charakteristische Größe für die Bestimmung der Schottermenge im jeweiligen

Schwellenfache darstellt.

Dabei wird vorteilhafterweise die vorgegebene Messtiefe in Abhängigkeit eines Oberbauparameters vorgegeben. Beispielsweise wird die Messtiefe automatisch an Abmaße der vorliegenden Gleiskomponenten angepasst, insbesondere an die Höhe der Schienen, die Höhe der Schwellen und gegebenenfalls die Höhe von Zwischenplatten. Diese Abmaße können beispielsweise in einer Datenbank hinterlegt sein und werden auf Basis einer aktuellen Position des Stopfaggregats oder der Stopfmaschine auf die Recheneinheit übertragen. Die aktuelle Position wird zum Beispiel mittels einer GNSSAntenne bestimmt. Auf Basis der Abmaße der Schienen, Schwellen und Zwischenplatten wird auch eine Eintauchtiefe

(Stopftiefe) für die Stopfpickel vorgegeben.

Bei einer einfachen Ausprägung der Erfindung wird unmittelbar der ermittelte maximalen Kraftwert als Kenngröße ausgewertet, um daraus in weiterer Folge in der Auswerteeinrichtung die Protokolldaten der Schottermenge pro Schwellenfach abzuleiten. Dabei erfolgt entweder die Auswertung einzelner Werte der Kenngröße oder ein Parameter des Verlaufs der Kenngröße wird zur Ableitung der Protokolldaten ausgewertet, zum Beispiel eine Steigung oder

Krümmung des Verlaufs.

Als Alternative oder zur Überprüfung wird zusätzlich eine Absenkgeschwindigkeit erfasst, wobei ein maximaler Absenkgeschwindigkeitswert ermittelt wird und wobei ein Quotient aus maximalem Kraftwert durch den maximalen Absenkgeschwindigkeitswert als Kenngröße ausgewertet wird.

Dieser Quotient ist auch ein Schotterkoeffizient zur

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Bestimmung einer qualitativen Beschaffenheit des Schotters. Auf diese Weise dient dieselbe Kenngröße zur qualitativen Beurteilung des Schotters und in weiterer Folge auch zur quantitativen Bestimmung der Schottermenge im jeweiligen

Schwellenfach.

Auch die Absenkgeschwindigkeit selbst kann als Kenngröße ausgewertet werden. Beispielsweise wird eine Messtiefe der Stopfpickel vorgegeben, bei welcher die sich ergebende Absenkgeschwindigkeit erfasst und in weiterer Folge ausgewertet wird. Weitere sinnvolle Kenngrößen sind eine Absenkbeschleunigung der Stopfpickel oder ein Regelparameter

bei einem geregelten Absenkvorgang der Stopfpickel.

Vorteilhafterweise wird für die Kenngröße ein Grenzwert vorgegeben, wobei die Protokolldaten in Abhängigkeit des Grenzwertes ermittelt werden. Damit ist die Schottermenge im Jeweiligen Schwellenfach mittels der Auswerteeinrichtung in Echtzeit durchführbar, weil lediglich eine geringe Rechenleistung notwendig ist. Beispielsweise umfasst die Auswerteeinrichtung einen Mikroprozessor, in dem eine entsprechende Programmlogik eingerichtet ist. Beispielsweise wird als Ergebnis in den Protokolldaten angegeben, dass ein Schwellenfach zu Beginn eines Stopfvorgangs ausreichend mit Schotter aufgefüllt war oder dass die Schottermenge für den

Stopfprozess unzureichend war.

Bei einer Verbesserung wird der Grenzwert in Abhängigkeit eines Hebewertes eines vor dem Stopfvorgang erfolgenden Hebevorgangs des Gleisrosts vorgegeben. Das Protokollergebnis ist somit vom Ausmaß einer Hebung des Gleisrosts abhängig. Bei einem größeren Hebewert muss mehr Schottermenge im jeweiligen Schwellenfach vorhanden sein,

damit ein optimaler Stopfvorgang durchführbar ist.

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Eine weitere Verbesserung des Verfahrens erlaubt eine noch genauere Auswertung, indem der Grenzwert automatisch an einen qualitativen Schotterzustand und/oder an eine vorgegebene Eintauchtiefe der Stopfpickel angepasst wird. Insbesondere wird zwischen neuem Schotter bei einer Gleisneulage und verschlissenem Schotter nach einer längeren Liegezeit des Gleises, insbesondere aufgrund von Belastungen durch Überfahrten unterschieden. Weitere Parameter zur Anpassung des Grenzwertes können ein Feuchtigkeitsgehalt oder ein Verschmutzungsgrad des Schotters sein. Bevorzugt werden die Werte der Kenngröße und die Ergebnisse der Programmlogik zur Ableitung der Protokolldaten über einen längeren Zeitraum gesammelt und als Daten zum maschinellen Lernen herangezogen. Insbesondere ist in der Auswerteeinrichtung ein Computerprogramm eingerichtet, das mittels eines Deep Learning-Modells auf Basis der

gesammelten Daten laufend verbessert wird.

Bevorzugt werden die Protokolldaten für jedes bearbeitete Schwellenfach in einem digitalen Stopfprotokoll ausgegeben. Damit ist im Nachgang nachvollziehbar, ob die Schottermenge im jeweiligen Schwellenfach ausreichend war. Insbesondere umfasst das Stopfprotokoll zusätzliche Daten, die Auskunft über die Qualität des Jeweiligen Stopfvorgangs geben. Das erlaubt unmittelbar die Feststellung einer unzureichenden Schottermenge als Ursache für einen mangelhaften

Stopfvorgang.

Für eine rasche und anschauliche Beurteilung der Gegebenheiten werden die Protokolldaten vorteilhafterweise in einer Ausgabeeinrichtung als grafische Elemente einer Darstellung der Schwellenfächer ausgegeben. Das ist

insbesondere dann sinnvoll, wenn rasch auf eine

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unzureichende Schottermenge im jeweiligen Schwellenfach

reagiert werden soll.

Bei einer sinnvollen Erweiterung des Verfahrens wird in Abhängigkeit der Protokolldaten eine Anzahl an einer Jeweiligen Arbeitsstelle durchzuführender Stopfvorgänge vorgegeben. Signalisieren die Protokolldaten beispielsweise in einem Schwellenfach weniger Schottermenge als in den angrenzenden Schwellenfächern, dann erfolgt an dieser Arbeitsstelle eine einmalige oder mehrmalige Wiederholung des Stopfvorgangs. Mit dieser Maßnahme kann sichergestellt werden, dass trotz einer geringeren Schottermenge eine ausreichende Schotterverfüllung und Schotterverdichtung

unter der zugeordneten Schwelle erreicht wird.

Das erfindungsgemäße System zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren umfasst ein Stopfaggregat mit gegenüberliegenden Stopfpickeln, die mittels eines Höhenstellantriebs absenkbar und mittels Beistellantriebe zueinander beistellbar sind, und eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Beschaffenheit des Gleisschotters, wobei die Sensoranordnung zur Erfassung einer zu einer Schottermenge im jeweiligen Schwellenfach proportionalen Kenngröße eingerichtet ist und wobei eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung von Protokolldaten der Schottermenge pro Schwellenfach auf Basis der erfassten Kenngröße eingerichtet ist. Mit diesem System ist in Echtzeit feststellbar, ob für einen vorhanden Stopfprozess ausreichend Schotter im jeweiligen Schwellenfach vorhanden ist. Zudem erlauben die Protokolldaten eine Analyse und insbesondere eine

Nachbearbeitung von mangelhaft gestopften Gleisabschnitten.

Bei einer Verbesserung des Systems ist die Sensoranordnung

dazu eingerichtet, während des Absenkens der Stopfpickel

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eine Messgröße zu erfassen, die zu einer auf die Stopfpickel wirkenden Kraft proportional ist. Insbesondere ist die Sensoranordnung auch zur Erfassung einer Absenkgeschwindigkeit und/oder einer Absenkbeschleunigung eingerichtet. Diese Sensoranordnung ist mit robusten und kostengünstigen Sensoren realisierbar und liefert mit geringem Aufwand die nötigen Messwerte zur Ableitung der

Protokolldaten der Schottermenge pro Schwellenfach.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen

in schematischer Darstellung:

Fig. 1 System mit einer Stopfmaschine, die auf einem Gleisabschnitt angeordnet ist;

Fig. 2 Stopfaggregat mit in ein Gleisschotterbett eingetauchten Stopfpickeln in einer Seitenansicht;

Fig. 3 Stopfaggregat gemäß Fig. 2 in einer Vorderansicht;

Fig. 4 Stopfpickel in einem Schwellenfach mit ausreichender Schottermenge und entsprechendes Kraft-Weg-Diagramm;

Fig. 5 Stopfpickel in einem Schwellenfach mit geringer Schottermenge und entsprechendes Kraft-WegDiagramm;

Fig. 6 Verlaufs einer Kenngröße über mehrere Stopfvorgänge entlang einer Gleisstrecke und resultierende Protokolldaten;

Fig. 7 Anzeige eines bearbeiteten Gleisabschnitts mit einer Darstellung resultierender Protokolldaten

als grafische Elemente.

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Das in Fig. 1 dargestellte System 1 umfasst eine Stopfmaschine 2 mit einem Stopfaggregat 3 und einem Hebeund Richtaggregat 4. Angeordnet sind die Aggregate 3, 4 an einem Maschinenrahmen 5, der auf Schienenfahrwerken 6 abgestützt auf einem Gleis 7 verfahrbar ist. Ein Gleisrost, der aus Schwellen 8 und darauf befestigten Schienen 9 besteht, lagert in einem Gleisschotterbett 10. Während eines Bearbeitungsvorgangs wird der Gleisrost 8, 9 abschnittsweise mittels des Hebe- und Richtaggregats 4 angehoben und seitlich gerichtet und mittels des Stopfaggregats 3 in der

vorgegebenen Lage fixiert.

Das beispielhafte Stopfaggregat 3 in den Figuren 2 und 3 umfasst einen Aggregatrahmen 11, der seitlich verschiebbar und vorzugsweise mittels einer Drehvorrichtung um eine Hochachse drehbar am Maschinenrahmen 5 befestigt ist. Am Aggregatrahmen 11 sind vertikale Führungen 12 für einen Werkzeugträger 13 angeordnet. Über einen Höhenstellantrieb 14 ist der Werkzeugträger 13 entlang dieser Führungen 12 gegenüber dem Aggregatrahmen 11 höhenverstellbar. Am Werkzeugträger 13 sind zwei gegenüberliegende Stopfwerkzeuge 15 zangenförmig gelagert. Jedes Stopfwerkzeuge 15 bildet einen Schwenkhebel, dessen oberes Ende mit einem zugeordneten Beistellantrieb 16 verbunden ist. Am freien unteren Ende des Jeweiligen Stopfwerkzeugs 15 sind nebeneinander zwei Stopfpickel 17 angeordnet. In einer einfacheren Variante ist nur ein Stopfpickel 17 am

jeweiligen Stopfwerkzeug 15 angeordnet.

Vorzugsweise sind die Beistellantriebe 16 als Hydraulikzylinder ausgebildet. Ein Ausfahren der jeweiligen Kolbenstange bewirkt, dass die Stopfpickel 17 zueinander beigestellt werden. Zudem sind die Beistellantriebe 16 mit

einem Vibrationsantrieb 18 gekoppelt. Der Vibrationsantrieb

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18 umfasst insbesondere eine Exzenterwelle, auf der die Beistellantriebe 16 gelagert sind. Im Betrieb wird eine Rotation der Exzenterwelle über die Beistellantriebe 16 in oszillierende Vibrationsbewegungen der Stopfwerkzeuge 15 übertragen. In einer alternativen Variante bewirken die Beistellantriebe 16 zusätzlich zu den Beistellbewegungen auch die Vibrationsbewegungen. Dann entfällt ein separater

Vibrationsantrieb 18.

Auch der Höhenstellantrieb 14 ist vorzugsweise ein zwischen

dem Aggregatrahmen 11 und dem Werkzeugträger 13 angeordneter Hydraulikzylinder. Angesteuert sind die Antriebe 14, 16, 18

des Stopfaggregats 3 mittels einer gemeinsamen

Steuerungseinrichtung 19.

Zudem ist das System 1 mit einer Sensoranordnung zur Erfassung einer Beschaffenheit des Gleisschotterbetts 10 ausgestattet. Im dargestellten Beispiel umfasst die Sensoranordnung mehrere Sensoren 20, 21, 22, die direkt am Stopfaggregat 3 angeordnet sind. Das sind beispielsweise Drehwinkelsensoren 20, die eine Schwenkbewegung der Stopfwerkzeuge 15 gegenüber dem Werkzeugträger 13 erfassen. Drucksensoren 21 sind an den Hydraulikzylindern angeordnet und erfassen über die gegebenen Zylinder- und Kolbenabmessungen jene Kräfte, die in den Beistellantrieben 16 und im Höhenstellantrieb 14 wirken. Ein Positionssensor 22 erfasst eine aktuelle Höhenlage des Werkzeugträgers 13 gegenüber dem Aggregatrahmen 11 und entsprechend den geometrischen Gegebenheiten auch die aktuelle Höhenstellung der Stopfpickel 17. Dabei ist anhand der Dimensionen der Stopfmaschine 2 stets die Höhenlage des Aggregatrahmens 11 gegenüber den Schienen 9 bekannt. Der Positionssensor 22 ist beispielsweise ein Seillängengeber oder ein berührungsloser

Wegmesssensor. Auch ein im Höhenstellantrieb 14 integrierter

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Wegmesssensor erfüllt die Anforderungen. Zusätzlich kann am Maschinenrahmen 5 ein optischer Sensor 23 zur Erfassung der Stellungen der Stopfpickel 17 angeordnet sein. Vorzugsweise ist am Werkzeugträger 13 oder an einem der Stopfwerkzeuge 15 in Beschleunigungssensor zur Messung einer

Absenkbeschleunigung a befestigt.

Bevorzugt werden Sensorsignale der Sensoranordnung 20-23 in einer Sensorsteuerung zusammengeführt und für eine Verarbeitung mittels einer Auswerteeinrichtung 24 aufbereitet. In einer alternativen Variante sind die Sensorsignale direkt der Auswerteeinrichtung 24 zugeführt und werden dort als Rohdaten ausgewertet. Es kann auch sinnvoll sein, die Sensorsignale oder aufbereitete Sensordaten der Steuerungseinrichtung 19 zuzuführen, wobei die Auswerteeinrichtung 24 zur weiteren Datenverarbeitung mit der Steuerungseinrichtung 19 gekoppelt ist. Das ermöglicht eine unmittelbare Reaktion auf die Sensorsignale durch entsprechende Ansteuerung der Antriebe 14, 16, 18

mittels der Steuerungseinrichtung 19.

Der Auswerteeinrichtung 24 sind Sensorsignale oder Sensordaten zugeführt, die während eines Absenkens des Werkzeugträgers 13 die Ermittlung einer auf die Stopfpickel 17 wirkende Kraft F ermöglichen. Dabei ist es für die Erfindung ausreichend, einen Kraftverlauf auf Basis der gemessenen Hydraulikdrücke im Höhenstellantrieb 14 zu bestimmen. Die entsprechende Kraft F ist proportional zu der tatsächlich vom Gleisschotterbett 10 auf die Stopfpickel 17

wirkende Reaktionskraft.

Mit dem Absenken der Stopfpickel 17 beginnt ein Jeweiliger

Stopfvorgang, nachdem das Stopfaggregat 3 durch eine

Vorwärtsfahrt der Stopfmaschine 2 in Arbeitsrichtung 25 über

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der zu unterstopfenden Schwelle 8 positioniert wurde. Zudem erfolgt vor dem Stopfvorgang ein Hebe- und Richtvorgang, wobei der bearbeitete Abschnitt des Gleisrosts 8, 9 mittels des Hebe- und Richtaggregats 4 in eine gewünschte Position gehoben und seitlich gerichtet wird. Durch den Hebevorgang entstehen untern den betroffenen Schwellen 8 Hohlräume, die mit Schotter gefüllt werden müssen. Der dafür notwendige Schotter wird aus zwischen den Schwellen 8 befindlichen Schwellenfächern 26 unter die Schwellen 8 geschoben und verdichtet. Dazu wird vor dem Stopfen des Gleises 7 zusätzlicher Schotter aufgebracht und mittels eines

Schotterpflugs in den Schwellenfächern 26 verteil.

In Fig. 1 ist ersichtlich, dass insbesondere für Hebevorgänge mit einem großen Hebewert h so viel Schotter aufgebracht wird, dass die Schwellen 8 vor dem Stopfen bedeckt sind. In einem Abschnitt A zeichnet sich ab, dass zu wenig Schotter aufgebracht und verteilt wurde. Die entsprechenden Schwellenfächer 26 werden mit dem erfindungsmäßigen Verfahren erkannt und registriert. Dabei wird für Jeden Stopfvorgang, konkret für jedes Schwellenfach 26, in das während eines Stopfvorgangs die Stopfpickel 17 abgesenkt werden, mittels der Sensoranordnung 20-23 eine zu einer Schottermenge im jeweiligen Schwellenfach 26 proportionale Kenngröße ermittelt. Daraus werden in der Auswerteeinrichtung 24 Protokolldaten D der Schottermenge

pro Schwellenfach 26 abgeleitet.

Das Verfahren erkennt auch dann eine unzureichende Schottermenge, wenn nur ein Schwellenfach 26 betroffen ist, wie in Fig. 2 dargestellt. Auch zu wenig Schotter in nur einem Schwellenfach 26 bewirkt veränderte Messwerte der mittels der Sensoranordnung erfassten Messgrößen,

beispielsweise eine verringerte Eintauchkraft oder eine

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erhöhte Eintauchgeschwindigkeit. Auf Basis dieser Messgrößen lässt sich bestimmen, bei welcher Absenktiefe der jeweilige Stopfpickel 17 in Kontakt mit der Oberfläche 27 des Gleisschotterbetts 10 kommt.

In Fig. 3 ist ersichtlich, dass das beispielhafte Stopfaggregat 3 eine sogenannte Split-Head-Ausführung aufweist. Hier sind Jeder Schiene 9 zwei Stopfaggregatsegmente 28 zugeordnet, deren Werkzeugträger 13 samt der Stopfwerkzeuge 15 mit den Stopfpickel 17 gegenüber einem eigenen Aggregatrahmen 11 separat absenkbar sind. Auf diese Weise ist für jede Schienenseite die Schottermenge im betrachteten Schwellenfach 26 separat erfassbar. Beispielsweise ist in Fig. 3 für das innere Stopfaggregatsegment 28 genügend Schotter vorhanden. Die Stopfpickel 17 des äußeren Stopfaggregatsegments 28 treffen jedoch aufgrund von Schottermangel später auf die Schotterbettoberfläche 27. Dieser Unterschied wird mittels der Sensoreinrichtung 20-23 erfasst und mittels der Auswerteeinrichtung 24 durch entsprechende Protokolldaten D

registriert.

Eine vorteilhafte Erfassung von Messwerten wird mit Bezug auf die Figuren 4 und 5 beschrieben. Dargestellt ist ein zwischen zwei Schwellen 8 befindliches Schwellenfach 26, in das ein Stopfpickel 17 bis zu einer vorgegeben Eintauchtiefe (Stopftiefe) abgesenkt ist. Die vorgegebene Eintauchtiefe wird von einer Bezugsebene 29 durch die Oberkanten der Schienen 9 gemessen und ist von den Abmaßen der vorliegenden Schwellen 8 und Schienen 9 abhängig. Am Stopfpickel 17 selbst ist eine Pickelplattenoberkante relevant für die Festlegung der Eintauchtiefe. In der Regel bewirkt die

vorgegeben Eintauchtiefe, dass die Pickelplattenoberkante am

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Ende des Absenkvorgangs 15-20 Millimeter unterhalb der

Jeweiligen Schwelle 8 positioniert ist.

Ein neben der Anordnung dargestelltes Kraft-Weg-Diagramm zeigt den Verlauf einer Messgröße F, die proportional zur Gegenkraft des Schotters auf den Stopfpickel 17 ist. Auf der Abszisse ist ein Absenkweg s als sich während des Absenkens vergrößernder Abstand zwischen der Bezugsebene 29 und einem unteren Ende 30 des Stopfpickels 17 angegeben. Sobald dieses untere Ende 30 des Stopfpickels 17 auf die Oberfläche 27 des Schotterbetts 10 trifft, steigt die Messgröße F an.

Zur weiteren Auswertung wird für die Erfassung der Senkbewegung eine Messtiefe t vorgegeben, bei der ein maximaler Kraftwert Fmnax ermittelt wird. Es zeigt sich, dass dieser maximale Kraftwert Fnax beim Schwellenfach 26 mit ausreichender Schottermenge (Fig. 4) merklich höher ist als beim Schwellenfach 26 mit unzureichender Schottermenge (Fig. 5). Deshalb ist es vorteilhaft, den jeweiligen maximalen Kraftwert Fnax als Kenngröße für die Ableitung der

Protokolldaten D auszuwerten.

In einer Weiterbildung wird zusätzliche eine Absenkgeschwindigkeit v der Stopfpickel 17 ausgewertet. Diese Absenkgeschwindigkeit v ist im jeweiligen Diagramm mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet. Auch hier wird ein Maximalwert Vmax bestimmt. Damit lässt sich folgender

Schotterkoeffizient ß errechnen:

ß — Fax

Vanax Dieser Schotterkoeffizient ß entspricht einer Dämpfungskonstante des Gleisschotterbetts 10. Beim Eintauchen in stärker verschmutzten Schotter wird die

Senkbewegung des Werkzeugträgers 13 samt der Stopfwerkzeuge

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15 stärker gedämpft, was einem höheren Schotterkoeffizienten ßB entspricht. Zusätzlich zur qualitativen Bewertung des

Gleisschotterbetts 10 ist der Schotterkoeffizient ß als Kenngröße zur Bestimmung der Schottermenge im jeweiligen

Schwellenfach 26 auswertbar.

Auch die gemessene Absenkgeschwindigkeit v7“ beim Erreichen der vorgegeben Messtiefe t kann als Kenngröße ausgewertet werden. Eine weitere sinnvolle Kenngröße ist die Absenkbeschleunigung a, beispielsweise als Steigung des Geschwindigkeitsverlauf beim Erreichen der vorgegeben Messtiefe t oder als Ausgangsgröße des Beschleunigungssensors. Bei einer geregelten Senkbewegung der Stopfpickel 17 ist ein Regelparameter P als Kenngröße auswertbar, beispielsweise eine Stellgröße. Dazu ist in der Steuerungseinrichtung 19 eine entsprechende Regelung

eingerichtet.

Eine vorteilhafte Auswertung der jeweils gewählten Kenngröße Fnraxs BB, Ve, a, P wird mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Das obere Diagramm zeigt auf der Abszisse einen Arbeitsweg x in Arbeitsrichtung 25 entlang des Gleises 7. Dabei bewegt sich das Stopfaggregat 3 von Schwelle 8 zu Schwelle 8. Die Schwellen 8 sind mit vertikalen Linien angedeutet. Auf der Ordinate ist die gewählte Kenngröße Fmnaxs/ Br ver, a, P

aufgetragen.

Die Auswertung dieses Verlaufs der Kenngröße Frnaxs BB, Ve, 8, P über dem Arbeitsweg x erfolgt in der Auswerteeinrichtung 24 mittels einer Programmlogik, die beispielsweise in einem Mikroprozessor eingerichtet ist. Dazu ist für die Kenngröße Fnaxs BB, Ve, a, P ein signifikanter Grenzwert G vorgegeben,

der eine Unterscheidung zwischen einem ausreichend mit

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Schotter gefüllten Schwellenfach 26 und einem unzureichend

mit Schotter gefüllten Schwellenfach 26 ermöglicht.

Vorteilhafterweise wird dieser Grenzwert G in Abhängigkeit des Hebewertes h für die Hebung des Gleisrosts 8, 9 vorgegeben. Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass der Grenzwert G automatisch an einen Schotterzustand angepasst wird. Dabei wird der Schotterzustand beispielsweise anhand des Schotterkoeffizienten ß bestimmt und über mehrere Arbeitseinsätze der Stopfmaschine 2 hinweg gemeinsam mit den Protokolldaten D abgespeichert. Diese Daten dienen als Lerndaten für ein in der Auswerteeinrichtung 24 eingerichtetes Computerprogramm, das mittels eines Deep

Learning-Modells laufend verbessert wird.

Im unteren Diagramm ist auf der Abszisse entsprechend dem oberen Diagramm der Arbeitsweg x aufgetragen. Die in diesem unteren Diagramm dargestellten Protokolldaten D wechseln zwischen zwei Niveaus, wobei das untere Niveau beispielsweise den Wert 0 und das obere Niveau den Wert 1 aufweist. Wenn die Protokolldaten D für ein Schwellenfach 26 den Wert 0 ausgeben, bedeutet dies ein ausrechend mit Schotter gefülltes Schwellenfach 26. Ein Wert 1 bedeutet hingegen ein unzureichend mit Schotter gefülltes Schwellenfach 26. Bevorzugt werden die Protokolldaten D gemeinsam mit den zugeordneten Werten des Arbeitsweges x als

Streckendaten in einer Datenbank abgespeichert.

In einer Weiterbildung ist ein weiterer Grenzwert G1 vorgegeben, damit Abstufungen der im jeweiligen Schwellenfach 26 ermittelten Schottermenge angezeigt werden können. Dieser weitere Grenzwert Gl liegt oberhalb des mit durchgehender Linie eingezeichneten Grenzwertes G. Im

beispielhaften unteren Diagramm ist zur besseren

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Übersichtlichkeit keine Auswertung mittels des weiteren

Grenzwertes Gl berücksichtigt.

Sobald die Kenngröße Fnax/ BB, ve, a, P unter den weiteren Grenzwertes Gl fällt, registriert die Auswerteeinrichtung 24 ein mit reduzierter Schottermenge gefülltes Schwellenfach 26, das eine mehrmalige Unterstopfung der angrenzenden Schwellen 8 erfordert, damit das optimale Stopfergebnis erzielt wird. Beispielsweise werden als Protokolldaten D den betroffenen Schwellenfächern 26 Jeweils der Wert 0,5

zugeordnet.

Eine beispielhafte Anzeige der Protokolldaten D ist in Fig. 7 dargestellt. Ein Ausgabemonitor 31, der beispielsweise in einer Arbeitskabine 32 der Stopfmaschine 2 angeordnet ist, zeigt einen bearbeiteten Gleisabschnitt in einer Aufsicht und für die beiden Gleishälften in zwei Seitenansichten. Die Protokolldaten D sind als grafische Elemente in den einzelnen Schwellenfächern 26 dargestellt, wobei sich diese Darstellung in den Seitenansichten auf den Bereich unterhalb

der Schwellen 8 ausweitet.

Im gezeigten Beispiel sind die Protokolldaten D mit drei verschiedenen Füllmustern dargestellt. Selbstverständlich ist auch eine Farbdarstellung oder eine sonstige Darstellung, zum Beispiel mit unterschiedlichen Symbolen,

sinnvoll.

Ein gepunkteter Bereich zeigt an, dass das entsprechende Schwellenfach 26 vor dem Stopfvorgang mit einer ausreichenden Schottermenge gefüllt war. Das eng gekachelte Füllmuster zeigt an, dass das entsprechende Schwellenfach 26 nicht mir ausreichend Schotter gefüllt war. Eine

unzureichende, aber mit mehrmaligem Stopfen tolerierbare

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Schottermenge ist mit der Kreuzschraffur angezeigt. Dabei ist durch den Einsatz des Split-Head-Stopfaggregats 3 eine eigene Auswertung für jede Gleishälfte durchführbar. Dementsprechend ergeben sich in einigen Bereichen unterschiedliche Protokolldaten D für die beiden

Gleishälften.

Claims (15)

15 20 25 30 24011 21 Patentansprüche

1. Verfahren zum Unterstopfen von Schwellen (8) eines in einem Gleisschotterbett (10) gelagerten Gleisrosts mittels eines Stopfaggregats (3) mit gegenüberliegenden Stopfpickeln (17), die bei einem Stopfvorgang mit Vibration beaufschlagt mittels eines Höhenstellantriebs (14) in ein Jjeweiliges Schwellenfach (26) abgesenkt und mittels Beistellantriebe (16) aufeinander zubewegt werden, wobei eine Sensoranordnung (20-23) zur Erfassung einer Beschaffenheit des Gleisschotterbetts (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Stopfvorgang mittels der Sensoranordnung (20-23) eine zu einer Schottermenge im jeweiligen Schwellenfach (26) proportionale Kenngröße (Fmaxy/ BB, ve, a, P) ermittelt wird und dass daraus in einer Auswerteeinrichtung (24) Protokolldaten (D) der Schottermenge pro Schwellenfach (26) abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Protokolldaten (D) gemeinsam mit Streckendaten (x)

des Gleises (7) in einer Datenbank abgespeichert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Absenkens der Stopfpickel (17) mittels der Sensoranordnung (20-23) eine zu einer auf die Stopfpickel (17) wirkenden Kraft proportionale Messgröße (F) erfasst wird und dass daraus in der Auswerteeinrichtung

(24) die Protokolldaten (D) ermittelt werden.

4, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Erfassung der Messgröße (F) ein bis zu einer vorgegebenen Messtiefe (t) auftretender maximaler Kraftwert

(Fmax) ermittelt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Messtiefe (t) in Abhängigkeit eines

Oberbauparameters vorgegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte maximale Kraftwert

(Fmax) als Kenngröße ausgewertet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Absenkgeschwindigkeit (v) erfasst wird, dass ein maximaler Absenkgeschwindigkeitswert (Vmax) ermittelt wird und dass ein Quotient (ß) aus maximalem Kraftwert (Fmnax) durch den maximalen Absenkgeschwindigkeitswert (Vmax) als Kenngröße

ausgewertet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kenngröße (Fmnaxs BB, ve, a, P) ein Grenzwert (G, Gl) vorgegeben wird und dass die Protokolldaten (D) in Abhängigkeit des Grenzwertes (G, Gl)

ermittelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (G, Gl) in Abhängigkeit eines Hebewertes (h) eines vor dem Stopfvorgang erfolgenden Hebevorgangs des

Gleisrosts vorgegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (G, Gl) automatisch an einen Schotterzustand und/oder an eine vorgegebene

Eintauchtiefe angepasst wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, dass die Protokolldaten (D) für jedes

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bearbeitete Schwellenfach (26) in einem digitalen

Stopfprotokoll ausgegeben werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Protokolldaten (D) in einer Ausgabeeinrichtung (31) als grafische Elemente einer

Darstellung der Schwellenfächer (26) ausgegeben werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Protokolldaten (D) eine Anzahl an einer jeweiligen Arbeitsstelle

durchzuführender Stopfvorgänge vorgegeben wird.

14. System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend ein Stopfaggregat (3) mit gegenüberliegenden Stopfpickeln (17), die mittels eines Höhenstellantriebs (14) absenkbar und mittels Beistellantriebe (16) zueinander beistellbar sind, und eine Sensoranordnung (20-23) zur Erfassung einer Beschaffenheit des Gleisschotterbetts (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (20-23) zur Erfassung einer zu einer Schottermenge im jeweiligen Schwellenfach (26) proportionalen Kenngröße (Fmnax/ BB. ve, a, P) eingerichtet ist und dass eine Auswerteeinrichtung (24) zur Ermittlung von

Protokolldaten (D) der Schottermenge pro Schwellenfach (26) auf Basis der erfassten Kenngröße (Fmax, BB, ve, a, PP)

eingerichtet ist.

15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (20-23) dazu eingerichtet ist, während des Absenkens der Stopfpickel (17) eine Messgröße (F) zu erfassen, die zu einer auf die Stopfpickel (17) wirkenden

Kraft proportional ist.